淹沒序批式生物膜法除磷工藝特性研究

1、吞沒序批式生物膜法除磷工藝特性研究摘要：試驗結(jié)果說明，軟性載體吞沒序批式生物膜法是行之有效的除磷工藝。在載體裝填密度為30，水力停留時間為9h(其中厭氧3h、好氧6h)、進(jìn)水D負(fù)荷為0.271.32kgD/(3d)時，磷的去除率達(dá)90以上。試驗中，還就影響除磷的因素作了系統(tǒng)的分析。關(guān)鍵詞：序批式生物膜生物除磷StudyntheharateristisfPhsphrusRevalinSequeningBathReatrfSubergedBifilPressAbstrat：Thestudyresultshedthatthesequeningbathreatrfsubergedbifilpressi

2、thfibrusarriersiseffetiveinphsphrusreval.henthearrierpakingperentageis30%,hydrauliretentintie(HRT)is9h(inluding3hfranaerbizneand6hfraerbizne),andinfluentladingrateis0.271.32kgD/(3d),ver90%fphsphrusrevalisahieved.Inthetest,asysteatianalysisasalsadefrthefatrsaffetingphsphrusreval.Keyrds:sequeningbathr

3、eatr;bifilpress;bilgialphsphrusreval1吞沒式生物膜法除磷工藝選擇1.1吞沒式生物膜法除磷的條件在厭氧條件下，假設(shè)廢水中沒有D或氧化態(tài)氮(N-X)，一般無聚磷才能的好氧菌及脫氮菌，不能產(chǎn)生ATP(三磷酸腺苷)，所以這類微生物不能攝取細(xì)胞外的有機物，即不能進(jìn)展主動運輸。但是，另一類叫做除磷菌的細(xì)菌卻能分解細(xì)胞內(nèi)的聚磷酸鹽同時產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的脂肪酸等有機物攝入細(xì)胞，以PHB(聚羥基丁酸)及糖原等有機顆粒的形式儲存于細(xì)胞內(nèi)；同時將聚磷酸鹽分解所產(chǎn)生的磷酸鹽排出胞外，這時細(xì)胞內(nèi)還會誘導(dǎo)產(chǎn)生相當(dāng)量的聚磷酸鹽激酶。一旦進(jìn)入好氧環(huán)境，除磷菌又可利用PHB氧

4、化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽而儲存于細(xì)胞內(nèi)。微生物在增殖過程中，在好氧環(huán)境下所攝取的磷比在厭氧環(huán)境下所釋放的磷多，廢水的生物除磷正是利用了微生物的這一過程，并作為剩余污泥排走1。由生物除磷機理可見，假設(shè)想采用吞沒式生物膜法除磷，必須解決四方面的問題：必須滿足除磷菌習(xí)性，使生物膜交替處于厭氧、好氧的狀態(tài)，并逐步使除磷菌成為優(yōu)勢菌屬，實現(xiàn)其增殖；供應(yīng)必要的有機碳源(由廢水提供)；最后的磷排出必須是以脫落污泥的形式，這就要求除磷菌為優(yōu)勢菌屬的生物膜生長要快，且應(yīng)在好氧狀態(tài)下能脫落，即需有足夠的曝氣強度和選擇適宜的生物膜載體；污泥沉淀后應(yīng)及時排出系統(tǒng)。1.2吞沒式生物

5、膜法除磷工藝選擇細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含磷約2%(以質(zhì)量計)，所以傳統(tǒng)的生物膜法最多只能去除污水中約20%的磷。對一般生物膜法來說，無論是A/(厭氧/好氧)工藝還是A2/(厭氧/缺氧/好氧)工藝，由于是在空間上造成A或的狀態(tài)，微生物只能持續(xù)地處于A或的單一狀態(tài)，而不能處于A/交替的狀態(tài)，因此，不具備生物除磷的條件，也就達(dá)不到生物除磷的目的2。而序批式生物處理工藝集曝氣、沉淀于一池，運轉(zhuǎn)按進(jìn)水、反響、沉淀、排水等幾個階段進(jìn)展，污水間歇而有序地進(jìn)入反響池和排出反響池。由于序批式工藝的特殊性，設(shè)計合理，可使生物膜在時間上交替處于A/狀態(tài)，從而有望實現(xiàn)生物除磷的目的，同時，混合液也可在時間上交替處于A/狀態(tài)，從而

6、有望實現(xiàn)生物脫氮。2試驗方法2.1試驗裝置試驗裝置如圖1所示。試驗用反響器是有機玻璃制成，內(nèi)徑為15，反響器內(nèi)有效容積為18L，其中沉淀池容積為2L。其試驗進(jìn)水的TP平均為10.0g/L，D為370.0g/L，溫度為25，好氧狀態(tài)的D平均為5.5g/L。裝填密度是指生物膜與載體所占容積與整個反響器容積之比。在分別做了最大裝填密度：37.5%、實用裝填密度：30%以及較低裝填密度：22.5%的比照試驗后，確定較適宜的裝填密度為30%。此時，反響器中的纖維載體的比外表積為2.662/L。生物膜培養(yǎng)采用A/交替運行方式歷時3個月，菌種取自一般活性污泥工藝。在之后的工藝參數(shù)和影響因素的試驗中，取運行條

7、件改變后2周的水樣進(jìn)展測定。2.2原水和主要分析方法原水用自來水加蛋白胨配制，同時還投加少量氯化銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、氯化鈣、氯化鈉等，配制后水質(zhì)如表1所示。表1原水水質(zhì)表水質(zhì)指標(biāo)D(g/L)TN(g/L)NH+4-N(g/L)N-3-N(g/L)N-2-N(g/L)測定值250400306010200.20.1水質(zhì)指標(biāo)TP(g/L)SP(g/L)pH堿度(g/L)BD5(g/L)測定值810797.3380440180300注：D為重鉻酸鉀法；TN為過硫酸鉀紫外分光光度法；NH+4-N為納氏試劑光度法；N-3-N、N-2-N為離子色譜法；TP為過硫酸鉀氯化亞錫復(fù)原光度法。3試驗結(jié)果及分析3

8、.1厭氧時間段和好氧時間段確實定為確定適宜的厭氧所需時間，將厭氧時間延長到12h，并測定了TP的變化過程(見圖2)。由圖2可知，磷釋放主要集中在前3h內(nèi)，之后的9h，磷釋放現(xiàn)象雖有，但幅度很校聚磷菌只有充分釋放磷后，才能很好地過量攝取磷，從而到達(dá)生物除磷的目的。另一方面，厭氧時間過長，將導(dǎo)致廢水在整個反響器中的停留時間過長，很不經(jīng)濟(jì)。因此，根據(jù)試驗曲線，確定厭氧段所需時間為3h。為確定適宜的好氧時間段，也將3h厭氧后的好氧段時間延長至17h，并測定了相應(yīng)TP和各種形態(tài)氮濃度的變化曲線(見圖3、4)。由圖3可見，好氧聚磷在好氧開場后2h內(nèi)已近完成，但為保證硝化，筆者將好氧時間定為6h。由圖4知，

9、在6h后的NH+4-N1g/L，硝化根本完成，此時總氮的去除率達(dá)56.6%。3.2進(jìn)水D負(fù)荷試驗中，采用4種D進(jìn)水負(fù)荷考察D、TP的變化規(guī)律(見圖5、6)。由圖5可知，軟性填料序批式生物膜法可承受較高的D負(fù)荷，且在厭氧段有較高的D吸收速率。在進(jìn)水負(fù)荷為1.32kgD/(3d)(相應(yīng)進(jìn)水D濃度為496.8g/L)時，厭氧段D吸收值為212.5g/L；而進(jìn)水負(fù)荷為1kgD/(3d)(相應(yīng)進(jìn)水D濃度為375.0g/L)時，吸收值為203.1g/L，這說明在進(jìn)水負(fù)荷為1kgD/(3d)時，厭氧段D吸收值已趨于極大值，并說明了不是所有的有機物都可以作為細(xì)胞的合成物質(zhì)的。所以，筆者確定該工藝適宜進(jìn)水D負(fù)荷

10、為0.271.32kgD/(3d)。由圖6可知，D負(fù)荷越高，磷釋放速率、磷吸收速率也就越快，出水的TP濃度也就越低。無論是低負(fù)荷0.27kgD/(3d)還是高負(fù)荷1.32kgD/(3d)，該工藝均可使出水TP濃度低于1g/L。同時，以上試驗也說明了磷釋放所能到達(dá)的最大值與有機物的最大被吸收量有關(guān)，磷釋放量隨有機物吸收量的增加而增加。3.3基質(zhì)的影響試驗比擬了在一樣進(jìn)水D負(fù)荷1kgD/(3d)時，分別以蛋白胨、葡萄糖、乙酸為基質(zhì)的TP變化情況(見圖7)。由圖7可見，磷的釋放和吸收與基質(zhì)有關(guān)。以蛋白胨為基質(zhì)的放磷均速為1.37g/(Lh)，而以葡萄糖為基質(zhì)的放磷均速是以蛋白胨為基質(zhì)時的1.8倍，以

11、乙酸為基質(zhì)的放磷均速是以葡萄糖為基質(zhì)時的1.4倍。這是由于乙酸容易被除磷菌吸收，用以合成PHB，同時分解的聚磷酸鹽也多，釋放磷量大，放磷速度就快；相反，蛋白胨的分子較大，在厭氧段酵解時速度較慢，許多中間代謝產(chǎn)物(有機酸、醇類、醛類等)不易被除磷菌吸收用以合成PHB，因此其體內(nèi)聚磷酸鹽的分解就慢，故放磷速度就慢，而葡萄糖的代謝產(chǎn)物卻較有利于除磷菌的吸收。好氧吸磷速度的不同是由厭氧放磷速度不同引起的，厭氧段放磷速度快，磷釋放量大，合成的PHB就多，那么在好氧段時由于分解PHB而合成聚磷酸鹽的速度就快，所以表現(xiàn)出來的好氧吸磷速度也就快。以上分析可推知，生物除磷與基質(zhì)有關(guān)，本質(zhì)上是與厭氧階段易為除磷菌

12、所吸收的有機物(D)濃度有關(guān)。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3.4硝態(tài)氮(N-X)的影響試驗中實行半池出水、半池進(jìn)水，使上一周期中產(chǎn)生的硝化液與新進(jìn)原水混合，混合后N-X濃度為13.42g/L，D濃度為268.46g/L，TP濃度為4.81g/L。此時的厭氧變成了缺氧,除磷菌可從N-X中獲取氧來進(jìn)展缺氧吸磷。因此在缺氧段，在進(jìn)展反硝化的同時，仍可繼續(xù)吸磷(見圖8)。缺氧開場后3h內(nèi)吸磷均速為0.70g/(Lh)，約為好氧吸磷均速的1/6，這是由于無氧呼吸的代謝速率和產(chǎn)能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有氧呼吸。由此可看出，該工藝假如再加上缺氧段進(jìn)展反硝化，控制適宜的/N比，那么可望實現(xiàn)軟性纖維載體吞沒式生物膜法同步除磷脫氮

13、。3.5DNP(2，4-二硝基苯酚)的影響原水D平均為370.0g/L，TP平均為10.0g/L。做投加DNP和不投加DNP試驗。DNP投加量為20.0g/L，試驗結(jié)果如圖9所示。由圖9可見，投加DNP后厭氧段的放磷量比不投加時增加了，而好氧段卻沒有磷的吸收。因此，DNP對厭氧放磷是有利的，而對好氧吸磷卻有抑制作用。這是因為DNP是一種解偶聯(lián)試劑，它對氧化呼吸鏈以外的磷酸化無抑制作用，只破壞利用2或N-X而進(jìn)展的呼吸過程，從而抑制由電子傳遞而發(fā)生的ATP的形成。在厭氧段聚磷酸鹽的分解代謝中ATP的產(chǎn)生是由于底物程度磷酸化，DNP對其無抑制作用，故有P3-4的釋放和PHB的合成；而在好氧段時，在

14、有氧的條件下PHB將分解，并通過呼吸作用進(jìn)展電子傳遞而產(chǎn)生能量，但由于DNP的存在，破壞了ATP的生成，所以P3-4不能與ADP結(jié)合產(chǎn)生ATP，也就產(chǎn)生不了聚磷酸鹽，廢水中的P3-4不能被吸收，也就得不到去除。以上試驗結(jié)果說明，序批式生物膜除磷反響器中磷的去除是生物作用的結(jié)果。4結(jié)論吞沒序批式生物膜法除磷工藝是行之有效的。該工藝除磷所合適的載體裝填密度為30%，水力停留時間為9h(其中厭氧3h、好氧6h)。在上述工藝參數(shù)下，進(jìn)水D負(fù)荷為0.27kgD/(3d)1.32kgD/(3d)時均可使除磷率達(dá)90%以上。D負(fù)荷越高，除磷速率越快。生物除磷與基質(zhì)類型有關(guān)，以乙酸為基質(zhì)的放磷均速是以葡萄糖為基質(zhì)的1.4倍，而以葡萄糖為基質(zhì)的放磷均速是以蛋白胨為基質(zhì)的1.8倍。生物除磷取決于厭氧放磷量，而厭氧放磷速度取決于溶液中可快速吸收的有機物的含量。該工藝可同時去除56%左右的總氮，N-X可影響磷的釋放。在缺氧段仍可繼續(xù)實現(xiàn)生物吸磷，只是吸磷速度較好氧吸磷速度明顯降低，約為其1/6。因此，該工藝加缺氧段，控制適宜的/N，可望實現(xiàn)同步除磷脫氮。DNP可抑制好氧吸磷，這說明